Tài liệu Báo cáo tốt nghiệp nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir từ than maccadamia được hoạt hóa từ k2co3 để xử lý màu methylene orange

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ BÁO CÁO TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR TỪ THAN MACCADAMIA ĐƯỢC HOẠT HÓA TỪ K2CO3 ĐỂ XỬ LÝ MÀU METHYLENE ORANGE Sinh viên thực hiện : CAO VĂN MỸ NHƯ Lớp : D17MTKT Khoá : 2017 - 2020 Ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : TS. ĐÀO MINH TRUNG Bình Dương, tháng 12 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ BÁO CÁO TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR TỪ THAN MACCADAMIA ĐƯỢC HOẠT HÓA TỪ K2CO3 ĐỂ XỬ LÝ MÀU METHYLENE ORANGE Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện MSSV: 1724403010033 Lớp: D17MTKT (Ký tên) (Ký tên) TS. ĐÀO MINH TRUNG CAO VĂN MỸ NHƯ Bình Dương, tháng 12 năm 2020 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài báo cáo tốt nghiệp “Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange” là do em thực hiện với sự hướng dẫn của TS. Đào Minh Trung. Các kết quả nghiên cứu trong báo cáo tốt nghiệp là trung thực, chính xác và chưa được tác giả khác công bố. Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà em đã trình bày trong báo cáo tốt nghiệp này. Bình Dương, tháng 12 năm 2020 Trang i Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Trường Đại Học Thủ Dầu Một, đặc biệt là các thầy cô khoa Khoa Học Quản lý đã tận tâm chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian em học tập và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn Trung tâm Nghiên cứu – Thực nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một đã tạo điều kiện để em được nghiên cứu hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này. Để hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến các giảng viên trong khoa, đặc biệt là TS. Đào Minh Trung đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài. Em cũng xin cảm ơn gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cả vật chất và tinh thần giúp em hoàn thành chuyên đề. Cuối cùng, em xin gửi lời chúc đến toàn thể thầy cô trong khoa cũng như anh chị trong Trung tâm và các bạn lời chúc sức khỏe, luôn hạnh phúc, thành công trong cuộc sống và trong công việc. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Kính thư Trang ii Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học FT-IR Fourier Transformation Infran tính VN Tiêu chuẩn Việt Nam THT Than hoạt tính MO Methylene Orange Trang iii Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm ...................................... 6 Bảng 2.2. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm ....... 7 Bảng 2.3. Thành phần vỏ hạt Mắc – ca .......................................................... 17 Bảng 2.4. Tình hình trong nước và thế giới.................................................... 22 Bảng 2.5. Các hướng nghiên cứu ngoài nước ................................................ 23 Bảng 3.6. Những thiết bị sử dụng trong đề tài ............................................... 28 Bảng 3.7. Những hóa chất sử dụng trong đề tài ............................................. 29 Trang iv Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dệt nhuộm ............................................................... 4 Hình 3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế than hoạt tính bằng K 2CO3 ........ 31 Hình 3.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ màu Methyl Orange– Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .................................... 34 Hình 4.4. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của pH lên màu MO của than cốc Mắc-ca ...................................................................................................... 39 Hình 4.5. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của pH lên màu MO của than hoạt tính K2CO3 ............................................................................................... 40 Hình 4.6. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của thời gian lên màu MO của than cốc Mắc ca . ...................................................................................... 41 Hình 4.7. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của thời gian lên màu MO của than hoạt tính K2CO3 . .............................................................................. 42 Hình 4.8. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào thời gian lên màu MO của than cốc Mắc ca . ....................................................................... 43 Hình 4.9. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào thời gian tối ưu lên màu MO của than cốc Mắc ca ............................................................. 44 Hình 4.10. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của thời gian lên màu MO của than hoạt tính K2CO3 . .............................................................................. 44 Hình 4.11. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào thời gian tối ưu lên màu MO của than hoạt tính K2CO3. ..................................................... 45 Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của than cốc và than hoạt tính K2CO3 ....................................................................................... 47 Trang v Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................v MỤC LỤC ................................................................................................................ vi TÓM TẮT ................................................................................................................ ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ......................................................................................1 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ...................................................................................1 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.............................................................................2 1.3. ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................2 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................2 1.4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN ...................................................................................2 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC ...................................................................................2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................3 2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM ............................................3 2.1.1. Tổng quan về ngành dệt nhuộm ................................................................3 2.1.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ..........................................................4 2.1.2.1. Thuốc nhuộm hoạt tính ......................................................................4 2.1.2.2. Thuốc nhuộm trực tiếp .......................................................................5 2.1.2.3. Thuốc nhuộm hoàn nguyên ................................................................5 2.1.2.4. Thuốc nhuộm phân tán .......................................................................5 2.1.2.5. Thuốc nhuộm lưu huỳnh .....................................................................5 2.1.2.6. Thuốc nhuộm axit ...............................................................................5 2.1.2.7. Thuốc in, nhuộm pigmen ....................................................................5 2.1.3. Thành phần và tính chất của nước thải dệt nhuộm ...................................6 2.1.4. Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường ................................................6 2.1.5. Ảnh hưởng .................................................................................................7 2.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ...............................................8 Trang vi Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange 2.2.1. Phương pháp hấp phụ ................................................................................8 2.2.1.1. Cơ chế hấp phụ ..................................................................................8 2.2.1.2. Giải hấp phụ .....................................................................................10 2.2.1.3. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ ....................................................10 2.2.1.4. Đặc tính của chất hấp phụ ...............................................................12 2.2.2. Phương pháp keo tụ - tạo bông ...............................................................14 2.2.3. Phương pháp tuyển nổi ...........................................................................14 2.2.4. Phương pháp trao đổi ion ........................................................................14 2.2.5. Phương pháp điện hoá .............................................................................15 2.2.5.1. Oxi hoá dương cực và khử âm cực ..................................................15 2.2.5.2. Tuyển nổi bằng điện .........................................................................15 2.2.5.3. Keo tụ điện hoá ................................................................................16 2.3. TỔNG QUAN VỀ MẮC-CA .........................................................................16 2.4. TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH. ......................................................17 2.4.1. Khái niệm ................................................................................................17 2.4.2. Đặc điểm của than hoạt tính ....................................................................18 2.4.2.1. Cấu trúc của than hoạt tính .............................................................18 2.4.2.2. Cấu trúc của than nano ....................................................................18 2.4.3 Phương pháp chế tạo than hoạt tính .........................................................19 2.4.3.1. Quá trình than hóa ...........................................................................19 2.4.3.2. Quá trình hoạt hóa ...........................................................................19 2.4.3.3. Cơ chế làm việc của than hoạt tính ..................................................21 2.4.3.4. Ứng dụng của than hoạt tính ...........................................................21 2.4. TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI ...............................................22 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................28 3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ...........................................................................28 3.1.1. Đối tượng thí nghiệm ..............................................................................28 3.1.2. Vật liệu thí nghiệm ..................................................................................28 3.1.3. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................28 3.1.4. Hóa chất ..................................................................................................29 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................29 Trang vii Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange 3.3. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM ..................................................................................30 3.3.1. Thí nghiệm 1: Điều chế nano than hoạt tính từ hạt Macca bằng tác nhân hóa học K2CO3...................................................................................................30 3.3.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng hấp phụ màu Methyl Orange – Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ....................................................................................33 3.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................34 3.4.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu ....................................34 3.4.2. Phương pháp đo đạc và phân tích mẫu ...................................................34 3.4.3. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................................34 3.4.4. Phương pháp thực nghiệm ......................................................................35 3.5.5. Phương pháp xây dựng phương trình hấp phụ. .......................................35 4.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VẬT LIỆU .............................................................36 4.1.1. Kết quả phân tích FT-IR .........................................................................36 4.1.2. Kết quả phân tích SEM ...........................................................................37 4.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MÀU METHYL ORANGE – PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ ................................38 4.2.1. Kết quả khảo sát pH thích hợp cho quá trình xử lý ................................39 4.2.2. Kết quả khảo sát thời gian thích hợp cho quá trình xử lý .......................41 4.2.3. Kết quả khảo sát dung lượng hấp phụ MO thích hợp cho quá trình xử lý ...........................................................................................................................42 4.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ TỪ THAN HOẠT TÍNH K2CO3 VÀ THAN CỐC. ....................................................45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .............................................................48 5.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................48 5.2. ĐỀ XUẤT ......................................................................................................48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................49 PHỤ LỤC .................................................................................................................57 PHỤ LỤC A: THIẾT BỊ MÁY MÓC ...................................................................57 PHỤ LỤC B : HÌNH ẢNH .....................................................................................59 PHỤ LỤC C. SỐ LIỆU ...........................................................................................66 Trang viii Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange TÓM TẮT Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn hoặc do chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Từ đó, phương pháp xử lý nước thải bằng phương trình hấp phụ từ than Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 đang được áp dụng rộng rãi do hiệu suất xử lý cao, vật liệu xử lý thân thiện với môi trường. Kết quả khảo sát than hoạt tính K2CO3 cho thấy ở điều kiện phù hợp tương ứng pH = 8 ,thời gian xử lý 240 phút và dung lượng hấp phụ vật liệu than nano than maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu methylene orange tốt nhất đạt 92,17 % ở liều lương 1 g/l. Và kết quả khảo sát than cốc cho thấy ở điều kiện phù hợp tương ứng pH = 7 ,thời gian xử lý 240 phút và dung lượng hấp phụ than cốc Mắc ca để xử lý màu methylene orange tốt nhất đạt 88,41 % ở liều lượng 2 g/l. Kết quả khảo sát cho thấy rắng vật liệu có thể ứng dụng vào để xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ để xử lý nước. Từ khóa: Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange SUMMARY In recent years, along with the development of our country's industry, the environmental pollution has increased to an alarming level. Due to the characteristics of a newly developed industry, there is no master plan and many different reasons such as: economic conditions of many enterprises are still difficult or processing costs affect profits, so most as industrial waste of many factories has not been treated but discharged directly into the environment. Since then, the method of treating wastewater by adsorption equation from Macca coal activated from K2CO3 is being widely applied due to its high treatment efficiency and environmentally friendly materials. The survey results of K2CO3 activated carbon showed that under the appropriate conditions, corresponding to pH = 8, treatment time of 240 minutes and adsorption capacity of maccadamia charcoal activated from K 2CO3 to treat methylene orange color reaching 92.17% at the salary dose of 1 g / l. And the Trang ix Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange coking coal survey results showed that in the appropriate conditions, corresponding to pH = 7, treatment time of 240 minutes and adsorption capacity of macadamia for methylene orange color treatment best reached 88.41% at dose amount of 2 g/l. Survey results show that the material can be applied to build an isothermal adsorption equation for water treatment. Keywords: Development of Langmuir isothermal adsorption equation from macadamia activated from K2CO3 to treat Methylene Orange color Trang x Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn hoặc do chí phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Tình trạng ô nhiễm nước thải phát sinh nhiều từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt, đặc biệt tình trạng ô nhiễm màu trong nước. Vì chủ quan với quy mô nhỏ, công nghệ thủ công nên thường không có hệ thống xử lý nước thải hoặc xử lý chưa triệt để làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Ngoài ra, đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm, nên nước thải dệt nhuộm giả định thường có màu cao, chứa các tạp chất tách ra từ xơ sợi (dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bẩn dính vào sợi), các hóa chất dùng trong công nghệ dệt nhuộm (hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, alginat. Khoảng 10 – 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng bị thải ra ngoài cùng với nước thải. Nếu những chất này được xả trực tiếp vào nước sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng tới hệ sinh thái và môi trường sống xung quanh. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư trong nước thải sẽ gây màu cho nguồn tiếp nhận, độ màu có khả năng làm cản trở ánh sáng và làm chậm các quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật. Khi pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Do những ảnh hưởng trên, nhiều phương pháp đã được áp dụng để xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm như xử lý bằng Chitosan [1], xử lý bằng công nghệ màng nano [2], xử lý bằng vật liệu nano kết hợp với biogum [3],… Ngoài những phương pháp trên, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương trình hấp phụ từ than Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 đang được áp dụng rộng rãi do hiệu suất xử lý cao, vật liệu xử lý thân thiện với môi trường. Đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange” được đề xuất. Trang 1 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Khảo sát được khả năng xử lý màu MO trong nước thải màu giả định của vật liệu có nguồn gốc sinh học than hoạt tính làm từ vỏ Mắc-ca bằng tác nhân hoạt hoá K2CO3. - Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange. 1.3. ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng: Nước thải diệt nhuộm - Vật liệu: Than hoạt tính điều chế từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Thủ Dầu Một. - Nghiên cứu trên vật liệu Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 để xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. 1.4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN - Tìm ra các thông số tối ưu của vật liệu than hoạt tính K2CO3 làm từ vỏ Mắc-ca để xử lý nước thải của một số nhà máy. - Tiêu thụ một lượng lớn phụ phẩm công nghiệp là vỏ Mắc-ca. - Tăng hiệu suất xử lý nước thải. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC Tạo tiền đề cho các nghiên cứu xử lí nước thải khác bằng vật liệu than hoạt tính K2CO3 làm từ vỏ Mắc-ca. Trang 2 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 2.1.1. Tổng quan về ngành dệt nhuộm Ngành công nghiệp dệt nhuộm là một trong những ngành chứa nhiều hóa chất gây ô nhiễm được thải ra sau nhiều giai đoạn nhuộm [4], [5]. Nước thải từ các quá trình nhuộm được thải ra với độ màu khá cao [6], [7]. Theo nghiên cứu của [6] độ màu có khả năng làm cản trở ánh sáng và làm chậm các quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật cũng như có khuynh hướng tạo ra các ion chelate kim loại gây độc cho vi khuẩn trong nước. Do đó, việc xả thải trực tiếp vào các vùng như sông, hồ,... không chỉ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái trong môi trường nước [4] mà còn ảnh hưởng đến cuộc sống của những người dân ở các vùng lân cận [6], [7]. Trong nhiều thập kỉ qua, than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp thụ thông dụng nhất để loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm trong nguồn nước [8], [9]. Tuy nhiên, bên cạnh khả năng xử lý với hiệu suất cao, than hoạt tính được sử dụng với chi phí khá cao với khả năng thu hồi và tái sử dụng rất phực tạp [9]. Trang 3 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange Nguyên liệu đầu vào Kéo sợi, chải, ghép đánh ống Nước, tinh bột, phụ da, hơi nước Hồ sợi Nước thải chứa tinh bột, hóa chất Dệt vải Enzym, NaOH Giũ hồ Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân, NaOH Nấu Nước thải Xử lý acid, giặt Nước thải Tẩy trắng Nước thải Giặt Nước thải Làm bóng Nước thải Nhuộm, in hoa Nước thải H2SO4, H2O2, chất tẩy giặt Giặt Nước thải Hơi nước, hồ, hóa chất Hoàn tất, vặng khô Nước thải NaOH, hóa chất, hơi nước H2SO4, H2O2, chất tẩy giặt H2O2, CaOCl2, hóa chất H2SO4, H2O2, chất tẩy giặt NaOH, hóa chất Dung dịch nhuộm Sản phẩm Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dệt nhuộm 2.1.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng 2.1.2.1. Thuốc nhuộm hoạt tính Trang 4 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S-F-T-X trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; F là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin; T là gốc mang nhóm phản ứng; X là nhóm phản ứng. Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư. 2.1.2.2. Thuốc nhuộm trực tiếp Đây là thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa azo (mono, di and poliazo) và một số là dẫn xuất của dioxazin. Ngoài ra, trong thuốc nhuộm còn có chứa các nhóm làm tăng độ bắt màu như triazin và salicylic axit có thể tạo phức với các kim loại để tăng độ bền màu. 2.1.2.3. Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo. Công thức tổng quát là R=C-O; trong đó R là hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng. Các nhân thơm đa vòng trong loại thuốc nhuộm này cũng là tác nhân gây ung thư, vì vậy khi không được xử lý, thải ra môi trường, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 2.1.2.4. Thuốc nhuộm phân tán Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử tư gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste,…) không ưa nước. 2.1.2.5. Thuốc nhuộm lưu huỳnh Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose. 2.1.2.6. Thuốc nhuộm axit Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu. Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan… 2.1.2.7. Thuốc in, nhuộm pigmen Trang 5 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon,… 2.1.3. Thành phần và tính chất của nước thải dệt nhuộm Bảng 2.1. Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm Chỉ tiêu Đơn vị pH Kết quả Nước thải hoạt Nước thải - 10 - 11 > 11 Nước thải >tẩy 12 COD mg/l 450 - 1.500 10.000 - 40.000 9.000 - 30.000 BOD5 mg/l 200 - 800 2.000 - 10.000 4.000 - 17.000 N tổng mg/l 5 - 15 100 - 1.000 200 - 1.000 P tổng mg/l 0.7 - 3 7 - 30 10 - 30 SS mg/l - - 120 - 1300 Màu Pt-Co 7.000 - 50.000 100.000 - 50.000 500 - 2.000 Độ đục FAU 140 - 1.500 8.000 - 200.000 1.000 - 5.000 (Nguồn: Khoa Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM) Vì mỗi loại nước thải có thành phần và tính chất đặc trưng rất khác nhau nên công nghệ xử lý tương ứng cũng khác nhau. Do đó, các loại phải tách riêng và xử lý sơ bộ loại trừ các tác nhân độc hại đối với vi sinh rồi nhập chung xử lý bằng sinh học. Nước thải nhuộm vải có nồng độ chất hữu cơ cao, thành phần phức tạp và chứa nhiều hợp chất vòng khó phân hủy sinh học, đồng thời có các chất trợ trong quá trình nhuộm có khả năng gây ức chế vi sinh vật. Hơn nữa, nhiệt độ nước thải rất cao, không thích hợp đưa trực tiếp vào hệ thống xử lý sinh học. Vì vậy, ta phải tiến hành xử lý hoá lý trước đưa vào các công trình sinh học nhằm loại trừ các yếu tố gây hại và tăng khả năng xử lý của vi sinh. 2.1.4. Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường Nước thải công nghiệp dệt nhuộm gồm có các chất ô nhiễm chính: Nhiệt độ cao, các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi; các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, Na2CO3, Na2SO3,… các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất Trang 6 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange tẩy giặt. Lượng hóa chất sử dụng tùy thuộc loại vải, màu và chủ yếu đi vào nước thải của các công đoạn sản xuất. Bảng 2.2. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucozo, carboxy BOD cao (34 - 50% tổng metyl xelulozo, polyvinyl sản lượng BOD). alcol, nhựa, chất béo và sáp. Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, Độ kiềm cao, màu tối, tro, soda, silicat natri và xo BOD cao (30% tổng sợi vụn. BOD). Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa Độ kiềm cao, chiếm 5% clo, NaOH, AOX, axit… BOD. Làm bóng NaOH, tạp chất. Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD) Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, Độ màu rất cao, BOD khá axitaxetic và các muối kim cao (6% tổng BOD), TS loại cao. In Chất màu, tinh bột, dầu, đất Độ màu cao, BOD cao và sét, muối kim loại, axit,… dầu mỡ. Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, Kiềm nhẹ, BOD thấp, muối. lượng nhỏ. 2.1.5. Ảnh hưởng - Độ kiềm cao làm tăng pH của nước. Nếu pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. - Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn. Lượng thải lớn gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi của tế bào. - Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nguồn nước. Trang 7 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange - Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan. - Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh. 2.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ Phương pháp hóa lý là một trong những phương pháp xử lý nước thải thông dụng nhất hiện nay. Các phương pháp thường được ứng dụng như: hấp phụ, keo tụ - tạo bông, tuyển nổi, trích ly, trao đổi ion,... 2.2.1. Phương pháp hấp phụ 2.2.1.1. Cơ chế hấp phụ Hấp phụ: Là hiện tượng tăng nồng độ của chất bị hấp phụ (adsorbate) lên bề mặt chất hấp phụ (adsorbent). Chất đã bị hấp phụ chỉ tồn tại trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ), không phân bố đều khắp trong toàn bộ thể tích chất hấp phụ nên còn gọi là quá trình phân bố 2 chiều [10]. Điều này khác với quá trình hấp thụ: Chất bị hấp thụ sau khi được làm giàu phân bố đều khắp trong thể tích chất hấp thụ [10]. Khi bị hấp phụ lên bề mặt một chất rắn, chất bị hấp phụ chiếm chỗ của một cấu tử nào đó và đẩy nó ra khỏi vị trí mà nó đã gắn trên đó thì hiện tượng này gọi là trao đổi ion [10]. Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, trong đó [10]: - Lực tương tác giữa các phân tử gây ra hấp phụ vật lý, trao đổi ion. - Lực nội phân tử gây ra hấp phụ hóa học. * Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [10]. * Hấp phụ trong môi trường nước: Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và bị hấp phụ khá phức tạp vì trong hệ có ít nhất 3 thành phần gây tương tác là: nước – chất hấp phụ chất bị hấp phụ [10]. Trang 8